XY平面绘图仪的研制.doc

目 录 1 绪论 1 1.1 课题研究背景 1 1.2 课题开发的意义 1 1.3 课题主要研究内容 1 1.4 课题研究步骤 2 2 绘图仪控制系统的总体设计 3 2.1 概述 3 2.2 系统设计要求 3 2.3 系统的总体方案和要求 3 2.3.1绘图仪控制系统的功能组成与控制参数 3 2.3.2系统硬件结构框图 4 2.4 控制器 4 2.4.1芯片的选择 4 2.4.2单片机介绍 5 2.5 显示电路设计 7 2.5.1 1602资料介绍 7 2.5.2 显示电路设计 10 2.6电机 11 2.6.1步进电机的相关参数 11 2.6.2 应用中的注意点 12 2.7 电机驱动的设计 13 2.7.1 L298驱动原理 13 2.7.2 电机驱动电路设计 16 3 系统软件设计 18 3.1 键盘扫描模块 18 3.2 插补计算模块 18 3.3.1 直线插补 18 4 硬件制作及调试 29 4.1 系统PCB板的设计 29 4.2 硬件调试 30 5 总结 32 谢 辞 33 参考文献 34 附录 351 绪论 1.1 课题研究背景 进入90年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推动绘图仪控制技术更快的更新换代。世界上许绘图仪系统生产厂家利用PC机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代控制系统。开放式体系结构使绘图仪控制系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向大大发展。开放式体系结构可以大量采用通用微机的先进技术，如多媒体技术，实现声控自动编程、图形扫描自动编程等。绘图仪控制系统继续向高集成度方向发展，每个芯片上可以集成更多个晶体管，使系统体积更小，更加小型化、微型化。可靠性大大提高。利用多CPU的优势，实现故障自动排除；增强通信功能，提高进线、联网能力。开放式体系结构的新一代绘图仪控制系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，由于有充足的软、硬件资源可供利用，不仅使绘图仪系统制造商和用户进行的系统集成得到有力的支持，而且也为用户的二次开发带来极大方便，促进了控制系统多档次、多品种的开发和广泛应用，既可通过升档或剪裁构成各种档次的控制系统，又可通过扩展构成不同类型绘图仪控制系统，开发生产周期大大缩短。 1.2 课题开发的意义 绘图仪的种类繁多，形式各异，有传统的平行四杆式，还有各种精度和规格的轨道式绘图仪，更有与PC机配合使用的机器绘图仪，这些科学技术的结晶给广大工程技术人员的设计及制图到来了极大的便利。但他们大多或是分量太重，不便携带，或是价格昂贵不能普遍应用，因此急需一种既便于携带又价格便宜的绘图仪，本系统就是为了实现这些功能而设计出来的。 1.3 课题主要研究内容 本课题拟以AT89C52单片机为核心，设计一套以绘图笔为控制对象的绘图仪控制系统。 本课题的主要任务是研制一套单片机系统，并使这套单片机系统可实现对绘图笔进行控制和管理。整套系统能够完成绘图及相应的显示。 根据系统要求和拟完成的功能特点，本课题研究的主要内容有: （1）总体设计：首先按照系统的应用场合，工作环境，控制对象等确定合理的 设计方案，仔细划分软件部分和硬件部分各自应完成的功能，形成系统的研究模型。 （2）硬件设计：由于现在市场上各种芯片种类繁多，而且不断在推陈出新，因此必须按照系统要求，根据“性价比最高”原则，选择既适合于本系统，又运行可靠的芯片和元器件，从而设计出最合理的硬件电路，并用PROTEL电路设计软件画出正确的电路图，然后在单片机开发装置的面包板上搭出实验电路，通过实验随时对电路图进行修改，最终调试无误后，再制成印制电路板。 （3）软件设计。利用模块化的程序设计方法，把系统应用程序按照整体功能划分为若干相对独立的程序模块，绘出程序流程图，各个模块单独进行设计，利用单片机C语言编程。 （4）系统的调试与运行。在单片机开发装置上，用调试软件对程序进行调试，查错和修改，然后把调好的程序联成一个完整的系统程序，再进行联机调试，在线仿真，最后组装样机，脱机运行，通过试运行对系统进行检测，以验证系统的功能。 1.4 课题研究步骤 在设计开发过程中，严格遵循科学的研究方法，从课题的选择、系统功能规划、电路原理图设计、电路板设计、软件程序设计以及样机制作调试，整机运行测试等几大步骤逐一完成。 2 绘图仪控制系统的总体设计 本系统的硬件由输入输出部分和控制部分组成。输入输出部分工作主要由键盘来完成；控制部分主要完成系统参数和控制参数的设定、电机的控制、复位、时钟电路、LCD显示和按键处理以及各路输入和输出指示等。 2.1 概述 单片微型计算机简称单片机，又称微控制器或嵌入式控制器。它将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上的微机。片内含有CPU,ROM,RAM，并行I/O口，定时计数器，中